(57)【要約】【課題】繁雑な手作業を行うことなく、かつ、正確な観察を行うことを可能にし、しかも、短い単位時間あたりの観察を実現することができる観察システムを提供する。【解決手段】観察を行う対象である観察対象物の表面にドットを形成するドット形成手段と、上記ドット形成手段によって上記観察対象物の表面に形成されたドットを観察する観察手段とを有する。また、上記ドット形成手段は、上記観察対象物の表面に所定の粘度を有する液体の飛滴を吐出する塗布手段と、上記塗布手段と上記観察対象物との相対的な位置関係を変更し所定の位置で位置決めする位置決め手段と、上記塗布手段と上記位置決め手段とを制御して、上記観察対象物の表面にドットを形成させる第１の制御手段とを有する。【選択図】        図１
2006047158.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察を行う対象である観察対象物の表面にドットを形成するドット形成手段と、
前記ドット形成手段によって前記観察対象物の表面に形成されたドットを観察する観察手段と
を有することを特徴とする観察システム。
【請求項２】
請求項１に記載の観察システムにおいて、
前記ドット形成手段は、前記観察対象物の表面に所定の粘度を有する液体の飛滴を吐出する塗布手段と、
前記塗布手段と前記観察対象物との相対的な位置関係を変更し所定の位置で位置決めする位置決め手段と、
前記塗布手段と前記位置決め手段とを制御して、前記観察対象物の表面にドットを形成させる第１の制御手段と
を有することを特徴とする観察システム。
【請求項３】
請求項２に記載の観察システムにおいて、
前記ドット形成手段は、前記第１の制御手段の制御により、前記塗布手段と前記観察対象物との相対的な位置を前記位置決め手段により高精度に位置決めし、前記観察対象物の表面に所定の粘度を有する液体を前記塗布手段によって極微量吐出して、前記観察対象物の表面に、均一な形状と大きさを有する複数の極小なドットを、互いの所定の間隔を有した状態で直線状に整列して形成する
ことを特徴とする観察システム。
【請求項４】
請求項２または請求項３のいずれか１項に記載の観察システムにおいて、
前記ドット形成手段の前記塗布手段は、前記観察対象物の表面と所定の間隔を有した状態で、前記観察対象物の表面にインクジェット方式でインクを吐出するインク吐出口を有する
ことを特徴とする観察システム。
【請求項５】
請求項４に記載の観察システムにおいて、
前記ドット形成手段の前記塗布手段は、前記インク吐出口から吐出されたインクが前記観察対象物の表面の所定の位置に落下して前記観察対象物の表面に形成されたドットの部分に、該ドットをコーティングするコート剤を吐出するコート剤吐出口を有する
ことを特徴とする観察システム。
【請求項６】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４または請求項５のいずれか１項に記載の観察システムにおいて、
前記観察手段は、前記観察対象物を撮影して連続画像を取得する画像取得手段と、
前記画像取得手段によって取得された連続画像を解析する画像解析手段と、
前記画像取得手段と前記画像解析手段とを制御して、前記ドット形成手段によって前記観察対象物の表面に形成されたドットを観察させる第２の制御手段と
を有することを特徴とする観察システム。
【請求項７】
請求項６に記載の観察システムにおいて、
前記観察手段は、前記第２の制御手段の制御により、前記ドット形成手段によって前記観察対象物の表面に形成されたドットを撮影した連続画像を前記画像取得手段により取得し、前記画像取得手段によって取得された連続画像中の複数のドットを前記画像解析手段により解析して、前記観察対象物の表面に形成されたドット間距離を観察する
ことを特徴とする観察システム。
【請求項８】
請求項６または請求項７のいずれか１項に記載の観察システムにおいて、
前記観察手段は、前記第２の制御手段の制御により、前記ドット形成手段によって前記観察対象物の表面に形成されたドットを撮影した連続画像を前記画像取得手段により取得し、前記画像取得手段によって取得された連続画像中の個々のドットを前記画像解析手段により解析して、前記観察対象物の表面に形成されたドットの形状変化を観察する
ことを特徴とする観察システム。
【請求項９】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７または請求項８のいずれか１項に記載の観察システムにおいて、
前記観察対象物は植物であり、前記観察対象物の表面に形成されたドットを前記観察手段により観察して、前記植物の成長部位の同定と前記植物の伸長の分単位でのモニターとを同時に行う
ことを特徴とする観察システム。
【請求項１０】
植物の表面と所定の間隔を有した状態で前記植物の表面にインクジェット方式でインクを吐出し、前記植物の表面に複数のドットを形成する第１の段階と、
前記第１の段階で表面にドットが形成された前記植物を連続撮影し、取得された連続画像に基づいて、前記植物の表面に形成された複数のドット位置を画像解析により同定し前記ドットを観察して前記植物の伸長をモニターする第２の段階と
を有することを特徴とする観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察システムおよび観察方法に関し、さらに詳細には、植物の茎や葉の伸長を観察する際に用いて好適な観察システムおよび観察方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、植物の伸長は、植物個体全域で万遍なく起こるのではなく、主として個体の所定の領域（伸長域）のみで起きていることが知られている。
【０００３】
また、植物は、光刺激や重力刺激に対して遅くとも数時間以内に目に見える屈性反応を開始したり、あるいは、病原菌侵入に対する過敏感反応でも１０時間以内には初期の変化が目で見てとれるようになるものである。つまり、植物が種々の環境因子に対して反応して伸長する様子をとらえる際には、短いタイムスパンで計測することが非常に重要になってくる。
【０００４】
こうした植物の伸長をモニターする手法としては、例えば、
ｉ）巻き尺などを用いて経時的に測定する方法、
ｉｉ）差動変圧器を用いて連続的に測定する方法（ＬＶＤＴ法）、
ｉｉｉ）伸長する植物の連続画像を取得し、全長や節間長の変化を計算する方法、
ｉｖ）表面にマーキングを施した植物の正確な連続画像を取得し、そのマークを追尾する方法、
というように、観察者が単純に物差しで植物の伸長を計測する手法から、画像を連続的に撮影してそこから植物の伸長や肥大などの生育を算出する手法まで様々な手法が提案されている。
【０００５】
しかし、上記ｉ）ならびにｉｉ）の手法では、手間がかかってしまい、多くの植物個体をモニターするのに不向きである。
【０００６】
また、上記ｉｉｉ）の手法に関しては、非特許文献１に、伸長するバーベナの全体の連続画像を取得し、アウトラインや節間の位置から茎の伸長を計測するシステムについての報告がなされており、非特許文献２に、トウゴマとタバコの葉の連続画像から植物表面のパターンを認識させ、伸長・生育の様子を解析するソフトウエアについての報告がなされている。
【０００７】
こうした上記ｉｉｉ）の手法においては、伸長する植物の連続画像を取得しているものの、植物個体の全長の変化を計算して、植物個体全体の生育量を測定しているのにすぎないものである。つまり、植物の伸長は上記したように個体の所定の伸長域のみで起きているので、上記ｉｉｉ）の手法では、測定する長さのスケールに対して伸長量の割合が小さくなってしまい、測定の誤差が大きくなって正確な測定が困難であるとともに、短い時間スパンでの細かい計測が不可能なものである。
【０００８】
そして、上記ｉｖ）の手法は、植物の表面にマーキングを施すので、植物表面に施されたマークの動きを観察することで、単に植物の伸長をモニターするばかりではなく、伸長部位を同定し、その伸長部位がどのように変化するかを時間を追って観察できるものである。
【０００９】
例えば、非特許文献３は、タバコの葉の表面にマークを施して葉の生育（奇形に育つ様子）をモニターした文献であり、詳細な記載は無いがおそらくインクなどを用いて人手によりマーキングしている。非特許文献４は、トウモロコシの根に炭素粒子を振りかけてマークを施し伸長をモニターした文献である。非特許文献５は、イオン交換樹脂をラノリンを用いてヒマワリの胚軸に付着させ、その動きを連続画像上で追うことで伸長をモニターしている文献であり、マーキングの方法自体は１９４０年代に報告されている方法にしたがったとの記述がある。非特許文献６は、植物の表面に針で小さい穴をあけることでマークする方法を用いている論文であり、このようなマークの方法自体は１９８０年代の後半に報告されていると説明されている。
【００１０】
このように、実際に植物の表面にマーキングを施すには、インクや墨などの筆記器具で人手によりマークする手法、カーボン粒子を植物表面に降りかける手法、イオン交換樹脂などの小さい粒子をラノリンのような接着作用のある物質で植物表面に付着させる手法、針で小さい穴をあける手法などが知られている。
【００１１】
しかしながら、上記したいずれ手法も、
ａ）手作業により手間と時間がかかり、多くの個体を処理することに向いていない、
ｂ）マーキング自体に時間がかかるので、測定条件を揃えにくくなる、
ｃ）マークの位置が不正確で、多くの実験区を比較する実験に不向である、
ｄ）マーキングの際に植物に不要な接触刺激を与えてしまう、
といった種々の問題点を有するものである。
【００１２】
つまり、上記ｉｖ）のように、植物表面にマーキングを施し、そのマークを追尾することで伸長をモニターするようにすれば、伸長部位を同定しかつ伸長部位がどのように変化するか時間を追って観察できるメリットがあるものの、マーキングの作業自体に上記ａ）〜ｄ）のような問題点があり、実際の観察には大きな不都合があった。
【００１３】
そのため、自然な状態で条件を揃えた解析も不可能であり、また、その後のステップであるマークの動きの追尾と距離情報の計算にも手間がかかってしまうので、植物の伸長を短い時間単位で正確にモニターすることは不可能であった。
【非特許文献１】Ｓｈｉｍｉｚｕ  Ｈ  ａｎｄ  Ｈｅｉｎｓ  ＲＤ  （１９９５）  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ｖｉｓｉｏｎ−ｂａｓｅｄ  ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ｐｌａｎｔ−ｇｒｏｗｔｈ  ａｎａｌｙｓｉｓ．  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＡＳＡＥ  ３８，９５９−９６４
【非特許文献２】Ｓｃｈｍｕｎｄｔ  Ｄ，  Ｓｔｉｔｔ  Ｍ，  Ｊａｅｈｎｅ  Ｂ  ａｎｄ  Ｓｃｈｕｒｒ  Ｕ  （１９９８）  Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｌｏｃａｌ  ｒａｔｅｓ  ｏｆ  ｇｒｏｗｔｈ  ｏｆ  ｄｉｃｏｔ  ｌｅａｖｅｓ  ａｔ  ａ  ｈｉｇｈ  ｔｅｍｐｏｒａｌ  ａｎｄ  ｓｐａｔｉａｌ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，  ｕｓｉｎｇ  ｉｍａｇｅ  ｓｅｑｕｅｎｃｅ  ａｎａｌｙｓｉｓ．  Ｔｈｅ  Ｐｌａｎｔ  Ｊｏｕｒｎａｌ  １６，  ５０５−５１４
【非特許文献３】Ｓａｔｏ  Ｙ，  Ｔａｍａｏｋｉ  Ｍ，  Ｍｕｒａｋａｍｉ  Ｔ，  Ｙａｍａｍｏｔｏ  Ｎ，  Ｋａｎｏ−Ｍｕｒａｋａｍｉ，  Ｙ  ａｎｄ  Ｍａｔｓｕｏｋａ  Ｍ  （１９９６）  Ａｂｎｏｒｍａｌ  ｃｅｌｌ  ｄｉｖｉｓｉｏｎｓ  ｉｎ  ｌｅａｆ  ｐｒｉｍｏｒｄｉａ  ｃａｕｓｅｄ  ｂｙ  ｔｈｅ  ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｒｉｃｅ  ｈｏｍｅｏｂｏｘ  ｇｅｎｅ  ＯＳＨ１  ｌｅａｄ  ｔｏ  ａｌｔｅｒｅｄ  ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ  ｏｆ  ｌｅａｖｅｓ  ｉｎ  ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ  ｔｏｂａｃｃｏ．  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ａｎｄ  Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｇｅｎｅｔｉｃｓ  ２５１，１３−２２
【非特許文献４】Ｆｒｅｎｓｃｈ  Ｊ  ａｎｄ  Ｈｓｉａｏ  ＴＣ  （１９９４）  Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ  ｏｆ  ｃｅｌｌ  ｔｕｒｇｏｒ  ａｎｄ  ｇｒｏｗｔｈ  ｏｆ  ｍａｉｚｅ  ｒｏｏｔｓ  ａｓ  ａｆｆｅｃｔｅｄ  ｂｙ  ｃｈａｎｇｅｓ  ｉｎ  ｗａｔｅｒ  ｐｏｔｅｎｔｉａｌ．  Ｐｌａｎｔ  Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ  １０４，  ２４７−２５４
【非特許文献５】Ｂｅｒｇ  ＡＲ，  ＭａｃＤｏｎａｌｄ  ＩＲ，  Ｈａｒｔ  ＪＷ  ａｎｄ  Ｇｏｒｄｏｎ  ＤＣ  （１９８６）  Ｒｅｌａｔｉｖｅ  ｅｌｅｍｅｎｔａｌ  ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ  ｒａｔｅｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｅｔｉｏｌａｔｅｄ  ｈｙｐｏｃｏｔｙｌｓ  ｏｆ  ｓｕｎｆｌｏｗｅｒ  （Ｈｅｌｉａｎｔｈｕｓ  ａｎｎｕｓ  Ｌ．）  −  Ａ  ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  ｏｆ  ｓｔｒａｉｇｈｔ  ｇｒｏｗｔｈ  ａｎｄ  ｇｒａｖｉｔｒｏｐｉｃ  ｇｒｏｗｔｈ．  Ｂｏｔａｎｉｃａｌ  Ｇａｚｅｔｔｅ  １４７，  ３７３−３８２
【非特許文献６】Ｆｒｉｃｋｌｅ  Ｗ，  Ｊａｍｅｓ  Ａ，  ＭｃＤｏｎａｌｄ  Ｓ  ａｎｄ  Ｍａｔｔｓｏｎ−Ｄｊｏｓ  Ｌ  （１９９７）  Ｗｈｙ  ｄｏ  ｌｅａｖｅｓ  ａｎｄ  ｌｅａｆ  ｃｅｌｌｓ  ｏｆ  Ｎ−ｌｉｍｉｔｅｄ  ｂａｒｌｅｙ  ｅｌｏｎｇａｔｅ  ａｔ  ｒｅｄｕｃｅｄ  ｒａｔｅｓ？  Ｐｌａｎｔａ  ２０２，  ５２２−５３０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、繁雑な手作業を行うことなく、かつ、正確な観察を行うことを可能にし、しかも、短い単位時間あたりの観察を実現することができる観察システムおよび観察方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、観察を行う対象である観察対象物の表面にドットを形成するドット形成手段と、上記ドット形成手段によって上記観察対象物の表面に形成されたドットを観察する観察手段とを有するようにしたものである。
【００１６】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記ドット形成手段は、上記観察対象物の表面に所定の粘度を有する液体の飛滴を吐出する塗布手段と、上記塗布手段と上記観察対象物との相対的な位置関係を変更し所定の位置で位置決めする位置決め手段と、上記塗布手段と上記位置決め手段とを制御して、上記観察対象物の表面にドットを形成させる第１の制御手段とを有するようにしたものである。
【００１７】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、上記ドット形成手段は、上記第１の制御手段の制御により、上記塗布手段と上記観察対象物との相対的な位置を上記位置決め手段により高精度に位置決めし、上記観察対象物の表面に所定の粘度を有する液体を上記塗布手段によって極微量吐出して、上記観察対象物の表面に、均一な形状と大きさを有する複数の極小なドットを、互いの所定の間隔を有した状態で直線状に整列して形成するようにしたものである。
【００１８】
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、請求項２または請求項３のいずれか１項に記載の発明において、上記ドット形成手段の上記塗布手段は、上記観察対象物の表面と所定の間隔を有した状態で、上記観察対象物の表面にインクジェット方式でインクを吐出するインク吐出口を有するようにしたものである。
【００１９】
また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、上記ドット形成手段の上記塗布手段は、上記インク吐出口から吐出されたインクが上記観察対象物の表面の所定の位置に落下して上記観察対象物の表面に形成されたドットの部分に、該ドットをコーティングするコート剤を吐出するコート剤吐出口を有するようにしたものである。
【００２０】
また、本発明のうち請求項６に記載の発明は、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４または請求項５のいずれか１項に記載の発明において、上記観察手段は、上記観察対象物を撮影して連続画像を取得する画像取得手段と、上記画像取得手段によって取得された連続画像を解析する画像解析手段と、上記画像取得手段と上記画像解析手段とを制御して、上記ドット形成手段によって上記観察対象物の表面に形成されたドットを観察させる第２の制御手段とを有するようにしたものである。
【００２１】
また、本発明のうち請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、上記観察手段は、上記第２の制御手段の制御により、上記ドット形成手段によって上記観察対象物の表面に形成されたドットを撮影した連続画像を上記画像取得手段により取得し、上記画像取得手段によって取得された連続画像中の複数のドットを上記画像解析手段により解析して、上記観察対象物の表面に形成されたドット間距離を観察するようにしたものである。
【００２２】
また、本発明のうち請求項８に記載の発明は、請求項６または請求項７のいずれか１項に記載の発明において、上記観察手段は、上記第２の制御手段の制御により、上記ドット形成手段によって上記観察対象物の表面に形成されたドットを撮影した連続画像を上記画像取得手段により取得し、上記画像取得手段によって取得された連続画像中の個々のドットを上記画像解析手段により解析して、上記観察対象物の表面に形成されたドットの形状変化を観察するようにしたものである。
【００２３】
また、本発明のうち請求項９に記載の発明は、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７または請求項８のいずれか１項に記載の発明において、上記観察対象物は植物であり、上記観察対象物の表面に形成されたドットを上記観察手段により観察して、上記植物の成長部位の同定と上記植物の伸長の分単位でのモニターとを同時に行うようにしたものである。
【００２４】
また、本発明のうち請求項１０に記載の発明は、植物の表面と所定の間隔を有した状態で上記植物の表面にインクジェット方式でインクを吐出し、上記植物の表面に複数のドットを形成する第１の段階と、上記第１の段階で表面にドットが形成された上記植物を連続撮影し、取得された連続画像に基づいて、上記植物の表面に形成された複数のドット位置を画像解析により同定し上記ドットを観察して上記植物の伸長をモニターする第２の段階とを有するようにしたものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明による観察システムおよび観察方法は、繁雑な手作業を行うことなく、かつ、正確な観察を行うことができるようになり、しかも、短い単位時間あたりの観察を実現することができるようになるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付の図面に基づいて、本発明による観察システムおよび観察方法の実施の形態の一例について詳細に説明するものとする。
【００２７】
図１には、本発明による観察システムの実施の形態の一例を概念的に表す説明図が示されている。
【００２８】
即ち、本発明による観察システム１０は、観察対象物１００の表面にドットを形成するドット形成手段たるドット形成部１２と、観察対象物１００の表面に形成されたドットを観察する観察手段たる観察部１４とを有して構成されているものである。
【００２９】
なお、以下に示す実施の形態においては、本発明による観察システム１０において、観察する対象である観察対象物１００として、イネやシロイヌナズナなどの植物を用いるものとして説明することとする。
【００３０】
観察システム１０のドット形成部１２は、液体を吐出可能な塗布手段たる塗布装置１６と、観察対象物１００を載置するワークテーブル３４を備えた位置決め手段たる卓上装置１８と、卓上装置１８に接続する制御装置２０とを有して構成されているものである。
【００３１】
ここで、塗布装置１６は、所定の粘度を有する液体状のインクをインクジェット方式で吐出するインク吐出口２２を有するマーキングヘッド２４と、マーキングヘッド２４に供給するインクを貯留するタンク（図示せず。）や操作用ボタン２６ａなどを備えマイクロコンピュータ（図示せず。）によって塗布装置１６全体の制御を行う本体２６とを有して構成されている。
【００３２】
本体２６の操作用ボタン２６ａを観察作業者が操作することにより、観察対象物１００の種類やインクの種類などに応じた各種設定の入力を行うことができる。
【００３３】
また、マーキングヘッド２４のインク吐出口２２は、インクの粒子を生成するインク粒生成器、インク粒を帯電させる帯電板と高電圧がかかっている偏向板から構成されている。このインク吐出口２２のノズルから吐出されるインクの量は、本体２６の制御により極微量な所定量に調整されている。
【００３４】
そして、各種設定内容に基づいて本体２６の制御により、マーキングヘッド２４は、インク吐出口２２のノズルからインクジェット方式で供給されたインク粒を静電気力によって吐出するものであり、観察対象物１００の上をＸ軸方向に移動しながら、観察対象物１００たる植物の表面に微細なドットを形成して、マークを正確に非接触で施すものである。なお、塗布装置１６においてインクジェット方式でインクを吐出するには、従来より公知の各種の手法によるインクジェット技術での印刷方式を用いることができる。
【００３５】
一方、卓上装置１８は、ＸＹ平面に沿って延長された水平部３０と、水平部３０上に立設された垂直部３２と、水平部３０にＹ軸方向に移動自在に配設され観察対象物１００を載置するワークテーブル３４と、垂直部３２にＸ軸方向に移動自在に配設された保持部３６と、保持部３６に配設されマーキングヘッド２４をＺ軸方向に移動自在に支持する支持部３８とを有して構成されている。
【００３６】
こうした卓上装置１８には制御装置２０が接続されており、この制御装置２０としてはパーソナルコンピュータなどを用いることができる。
【００３７】
そして、制御装置２０によりモータの駆動などが制御されることにより、ワークテーブル３４がＹ軸方向に移動可能で、支持部３８に支持されているマーキングヘッド２４がＸ軸方向ならびにＺ軸方向に移動可能なので、マーキングヘッド２４をＸ軸方向に移動しながら観察対象物１００にドットを形成する際にも、ワークテーブル３４に載置された観察対象物１００と、ワークテーブル３４に対向して位置するマーキングヘッド２４のインク吐出口２２との相対的な位置関係をＸＹＺ軸の３軸方向で変更することでき、高精度な位置決めが可能なものである。
【００３８】
なお、ワークテーブル３４には位置決め用の穴３４ａが穿設されている。そして、ワークテーブル３４に観察対象物１００を載置する際には、取り付け用の穴４０ａが穿設されている専用容器４０に観察対象物１００たる植物を収容し、専用容器４０の穴４０ａとワークテーブル３４の穴３４ａとを合わせるようにして取り付け部材４２で固定する。これにより、観察作業者は観察対象物１００を容易にしかも位置決めした状態でワークテーブル３４に載置することができる。
【００３９】
一方、観察システム１０の観察部１４は、観察対象物１００を連続撮影して連続画像を取得する画像取得手段たるカメラ５０と、カメラ５０によって取得された連続画像を解析するための画像取り込みボードやソフトウェアを有する画像解析手段たる解析装置５２と
を有して構成されているものである。
【００４０】
カメラ５０としては、観察対象物１００の大きさなどに応じて、ＣＣＤカメラやデジタル一眼レフカメラ、あるいは、家庭用のホームビデオなども使用可能である。また、解析装置５２としてはパーソナルコンピュータなどを用いることができ、コンピューターの全体の動作を制御する中央処理装置（ＣＰＵ）によって、解析装置５２やカメラ５０が制御可能なように各種設定がなされているものである。
【００４１】
従って、観察部１４においては、所定の間隔やタイミングで取得された連続画像に基づいて、ドット形成部１２において観察対象物１００の表面に施されたマークの動きを観察し、観察対象物１００たる植物の伸長をモニターするとともに、当該植物の伸長部位を同定し、その伸長部位がどのように変化するか時間を追って観察することも可能なものである。
【００４２】
以上の構成において、本発明による観察システム１０を用いて、観察対象物１００たる植物の伸長の観察を行う場合を説明する。
【００４３】
まず、観察を行う観察作業者は、観察システム１０のドット形成部１２において、専用容器４０に収容された観察対象物１００たる植物を、取り付け部材４２を用いてワークテーブル３４に位置決めした状態で固定的に載置する。
【００４４】
それから、観察作業者が制御装置２０たるパーソナルコンピュータを操作して、モータなどを駆動させ、ワークテーブル３４に載置された観察対象物１００とマーキングヘッド２４との相対的な位置関係をＸＹＺ軸の３軸方向で変更しながら、マーキングヘッド２４のインク吐出口２２が、観察対象物１００の表面と所定の間隔を有した状態で塗布できるように高精度な位置設定を行う。
【００４５】
そして、塗布装置１６の本体２６の操作用ボタン２６ａを観察作業者が操作して、マーキングの開始を指示すると、マーキングヘッド２４がＸ軸方向に移動しながらインク吐出口２２からインクが吐出される。こうしてマーキングヘッド２４から吐出されたインクは、マーキングヘッド２４のインク吐出口２２が対向する観察対象物１００に落下して、互いに所定の間隔を有し直線状に整列したドットが観察対象物１００の表面に形成される。
【００４６】
ここで、インク吐出口２２のノズルから吐出されるインクは極微量であって、しかも、卓上装置１８により高精度な位置決めがなされているので、観察対象物１００の表面に形成されたドットは、均一な形状と大きさを有する極小なドットである。
【００４７】
こうして観察システム１０のドット形成部１２において観察対象物１００に複数のドットを形成してマーキングが終了したならば、観察対象物１００をドット形成部１２から観察部１４へと移行する。
【００４８】
そして、観察部１４のカメラ５０によって観察対象物１００が連続撮影される。連続撮影して取得した観察対象物１００の表面のドットを示す連続画像は、カメラ５０から解析装置５２に転送されて解析装置５２によって解析され、観察対象物１００の表面に形成されたドットを観察できる。
【００４９】
この際、観察対象物１００の表面には、ドット形成部１２において互いに所定の間隔を有し直線状に整列した複数のドットが形成されているので、複数のドットのうち隣接する２つのドットの間の距離は、マーキングを施したときにはいずれの箇所においても所定の間隔で均一なものである。こうしたドット間距離を取得した連続画像に基づいて解析装置５２により解析してドットの動きを観察していくと、ドット間距離の変化によって観察対象物１００たる植物の伸長をモニターすることができるとともに、当該植物の伸長部位を同定して、その伸長部位がどのように変化するか時間を追って観察することもできる。
【００５０】
上記したように、本発明による観察システム１０によれば、ドット形成部１２において観察対象物１００の表面にドットを形成し、当該形成されたドットを観察部１４によって観察するようにしたため、繁雑な手作業を行うことがなく、かつ、正確な観察を行うことができ、短い単位時間あたりの観察も実現することができる。
【００５１】
つまり、本発明による観察システム１０は、植物表面に微細なドットを自動的に形成してマークを正確に非接触で施す構成と、マークした植物を連続撮影し各画像中のドット位置を画像解析により同定し、各ドットの動き、各ドット間の距離を計算することでドットを観察して植物の伸長などをモニターする構成とよりなるものである。
【００５２】
そして、本発明は観察対象物１００たる植物表面に微細なドットを自動的で正確に非接触で形成しているので、上記「背景技術」の項に記載した従来のマーキングの手法の問題点ａ）、ｂ）、ｃ）、ｄ）を解消することができる。つまり、本発明は、手間がかからないので多くの個体を処理でき、短時間でマーキングできるので測定条件を揃えることができ、マークの位置が正確なので多くの実験区を比較しやすく、マーキングの際に不要な接触刺激を観察対象物に与えることがないものである。
【００５３】
また、本発明はドットを形成してマークした植物を連続撮影し、各画像中のドット位置を画像解析により同定して観察しており、自然な状態で条件を揃えた解析やドットの動きの追尾と距離情報の計算も容易であり、植物の伸長などの観察対象物の変化を短い時間単位で正確にモニターすることができる。
【００５４】
つまり、本発明によるマーキングのドットはその形と大きさ及びその間隔が正確であるため、連続画像中でその位置をコンピュータが容易に認識し追尾することができる。そして、コンピュータを用いる自動解析が可能となったことで、例えば３０秒間隔で撮影した膨大な連続画像中のドットの位置を、運動解析用のソフトウエアによって自動認識させドット間の距離を計算することが容易になった。このことにより、先ず植物の伸長部位を同定し、植物の伸長を短い時間単位（例えば、分単位）で正確（例えば、μｍ単位）にモニターすることが可能となった。
【００５５】
また、ドットによりマーキングした植物を用いることによって植物表面の位置の正確なトレースが可能となり、伸長の定量的な解析が可能になっただけではなく、各ドットの位置関係を解析することにより、伸長のみならず横方向の肥大や植物のねじれ、運動なども解析することが可能である。
【００５６】
こうした本発明により、植物の伸長を容易に正確にモニターすることができるので、例えば、植物生長調整剤のスクリーニングや、育種した新品種の生長特性検定などを従来にない短時間で行うことができるようになる。
【００５７】
ここで、本願出願人は、本発明による観察システム１０により各種実験を実際に行っており、それら実験について以下に詳細に説明する。
【００５８】
なお、実験に際しては、観察システム１０のドット形成部１２の塗布装置１６のマーキングヘッド２４として、ドミノ社製のＡ２００型インクジェットノズルを用い、インクはドミノ社製ＩＲ−２７０ＢＫタイプの黒色の速乾性インクを用いた。ドット形成部１２の卓上装置１８としては、武蔵エンジニアリング社製の卓上ロボットＳＨＯＴＭＡＳＴＥＲ３００を用いた。また、観察システム１０の観察部１４のカメラ５０として、市販の（工業用）ＣＣＤカメラを用い、解析装置５２としては、画像取り込みボードとディテクト社ＤＩＰＰ−Ｍｏｔｉｏｎ３Ｄのような運動解析用のソフトウエアとを用いた。
【００５９】
そして、図２（ａ）（ｂ）には、観察システム１０のドット形成部１２を構成する、ドミノ社製のＡ２００型インクジェットノズルを備えた武蔵エンジニアリング社製の卓上ロボットＳＨＯＴＭＡＳＴＥＲ３００により、イネの第２葉の葉鞘に１ｍｍ毎に形成されたドットが示されており、図３（ａ）（ｂ）には、シロイヌナズナの花茎に０．５ｍｍ毎に形成されたドットが示されている。図２（ａ）（ｂ）ならびに図３（ａ）（ｂ）のいずれにおいても、形成されたドットは、直径が約０．２ｍｍの円形形状を有している。
【００６０】
これら図２（ａ）（ｂ）ならびに図３（ａ）（ｂ）に示すように観察対象物１００たる植物の表面にドットを形成する際には、塗布装置１６のマーキングヘッド２４と植物の表面との間の距離は、およそ１ｃｍ以下とした。そして、一個体のドットマーキングにかかる時間はおよそ５秒以下であった。
【００６１】
図２ならびに図３からも明らかなように、本発明によれば、従来のインクを用いた人手によるマーキングやイオン交換樹脂を付着させる手法に比べて、より微細でより正確なマーキングを非常な短時間で行うことができる。
【００６２】
図４には、表面にドットが形成されたイネの３つのサンプル１〜３をそれぞれ、解析装置５２に接続された３台の市販の（工業用）ＣＣＤカメラによって撮影し、一定時間毎の画像を取り込んで連続画像を取得する状態が示されている。
【００６３】
そして、取得された連続画像中のドットの位置は、ディテクト社ＤＩＰＰ−Ｍｏｔｉｏｎ３Ｄのような運動解析用のソフトウエアによって自動認識させ、その後、ドット間の距離を計算することで植物の伸長をモニターすることができる。
【００６４】
なお、図５（ａ）（ｂ）には、観察対象物１００たる植物の表面にドットを形成してマーキングを行うこと自体が、植物の生育に影響を与えることが有るか否かを調査した実験結果が示されている。実験は、イネ実生（２ｃｍまでの長さのもの）にドットを形成してマークを施し、その生育をビデオ撮影し、全長の変化を追うことで行った。図５（ａ）（ｂ）から明らかなように、マーキングは伸長には影響を及ぼさず、また、イネの形状にも影響は見られなかった。
【００６５】
図６（ａ）（ｂ）には、イネ実生の伸長モニタリングした結果が示されている。２０〜２５℃に空調された室内で窓際の自然光下で発芽させたイネ（品種日本晴れ）の、播種後約１週間の実生（１．５ｃｍ〜２ｃｍの長さ）を、縦方向に０．５ｍｍの間隔でドットを形成してマーキングし、透明なプラスチック容器（イワキ社マルチトレイ：１２ｃｍ×８ｃｍ、深さ１．５ｃｍ）の中で水を含ませたキムワイプＳ−２００（クレシア製）上で、蛍光灯による上からの２４時間照明（照度７０μｍｏｌ／ｍ２／ｓ）で２０〜２５℃で伸長させた。
【００６６】
こうしてドットが形成されたイネ実生の伸長の様子は、観察システム１０の観察部１４となる、キヤノン社ＥＯＳ  ｋｉｓｓ  ｄｉｇｉｔａｌカメラ（５０ｍｍ標準マクロレンズ装着）で１０分ごとに画像を５１枚撮影し、各画像のドットの位置をＤＩＰＰ−Ｍｏｔｉｏｎ３Ｄを用いて自動追尾して観察した。
【００６７】
図６（ａ）は、計測前のイネの表面の形成されたドットの状態を示している。これら図６（ａ）に示すドットのうち、矢印にて示してあるドットのＡ−Ｂ，Ｃ−Ｄ，Ｅ−Ｆ間の距離の変化連続画像をＤＩＰＰ−Ｍｏｔｉｏｎプログラムを用いて解析し、その計算結果が図６（ｂ）に示されている。
【００６８】
図６（ｂ）から明らかなように、イネでは子葉鞘と第一葉（不完全葉）の間（１Ａ−１Ｂの間、２Ａ−２Ｂ間ならびに３Ａ−３Ｂの間）と、第一葉と第二葉の間（１Ｃ−１Ｄの間ならびに３Ｅ−３Ｆの間）が伸長しており、他の部分（３Ｃ−３Ｄの間など）では伸長が認められない。この結果は、この時期のイネの葉の伸長は外側の葉鞘に隠れる部分で起きていることと一致する。この時期のイネの葉は１２時間以上にわたってこのように直線的で、外部環境に対する伸長の変化を調べる際に優れた材料であると考えられた。
【００６９】
図７（ａ）（ｂ）には、イネ実生の伸長と温度の関係の解析結果が示されている。２５℃連続照明下で発芽させたイネにドットを形成してマーキングを行い、上記した図６（ａ）（ｂ）の場合と同様にしてプラスチック容器内にセットした。環境試験用の恒温恒湿機（ＳＡＮＹＯ社製ＭＴＨ−４２０）中で蛍光灯照明下（照度約５０μｍｏｌ／ｍ２／ｓ）、３０℃（３時間）→２０℃（３時間）→１０℃（３時間）→３０℃（３時間）の温度変化処理を行った。その際の伸長の様子を、画像取り込み用ボードＤＩＧ−ＰＣＩとソフトウエアＴ−Ｂｏａｒｄ（いずれもディテクト社製品）を用いて１分毎の連続画像として取得した。
【００７０】
その結果、図７（ｂ）に示されるように、イネ実生（品種日本晴）の第一葉の葉鞘と第二葉の葉身・葉鞘との間（図７（ａ）のＰ２とＰ３、図７（ｂ）のＰ２−Ｐ３参照）の伸長の速度は、３０℃では５〜１０μｍ／ｍｉｎであったが、２０℃への温度変化とともに半分以下となること、さらには、１０℃になると同時に伸長が停止する様子が観察できた。このように本発明によって短い単位時間あたりの植物の伸長を正確にモニターすることができ、温度の変化に対する植物の伸長の非常に素早い反応を観察できた。本発明をこのように利用することで、例えばイネ品種の温度に対する感受性の検定が非常な短時間で可能となると考えられる。
【００７１】
図８には、ジベレリン（ＧＡ）処理がイネ実生の伸長に与える影響の解析が示されている。２５℃連続照明下で発芽させたイネにドットを形成してマーキングを行い、３００μＭのジベレリン（ＧＡ）で５分間処理した。対照区はイオン交換水（ＤＷ）で処理した。これら処理を行ったイネを、上記した図６（ａ）（ｂ）の場合と同様にしてプラスチック容器内にセットした。環境試験用の恒温恒湿機（ＳＡＮＹＯ社製ＭＴＨ−４２０）中で蛍光灯照明下（照度約５０μｍｏｌ／ｍ２／ｓ）、３０℃で生育させ、その様子を、図７（ａ）（ｂ）の場合と同様にして、画像取り込み用ボードＤＩＧ−ＰＣＩとソフトウエアＴ−Ｂｏａｒｄ（いずれもディテクト社製品）を用いて１分毎の連続画像として取得した。
【００７２】
その結果、図８に示すように、ＧＡ処理による伸長促進の影響を定量的にとらえることが可能となった。こうした実験結果は、本発明によって植物生長調節剤の評価を短時間で正確に行い得ることを示すものである。
【００７３】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（９）に説明するように変形してもよい。
【００７４】
（１）上記した実施の形態において、ドット間距離の変化によって観察対象物１００たる植物の伸長をモニター（図６（ａ）（ｂ）参照）するのに限られるものではないことは勿論である。
【００７５】
図９に示すように、観察対象物１００たる植物の個体の伸長に伴って、その伸長域に形成されたドットも伸長して分割し、ドット全体の形状が円形形状から楕円形状に変化する。このため、ドットの全長の変化や形状変化、分割の状態をトレースすることで、観察対象物のピンポイントの伸長プロファイルを作成することも可能となる。こうした知見は従来技術では得られなかったものである。
【００７６】
（２）上記した実施の形態においては、観察システム１０のドット形成部１２において、静電気力でインク粒を吐出するマーキングヘッド２４を用いて、観察対象物の表面に一直線に並ぶようにしてドットを形成するようにしたが（図２ならびに図３参照）、これに限られるものではないことは勿論であり、様々な形状に沿って任意の間隔でドットを形成することが可能であり、またインク吐出口２２からインク粒を帯状に吐出させることで複数列のドットを同時に形成させることも可能である（図６のイネ実生の表面参照）。このように観察対象物にドットを並列してマトリックス状に形成すれば、植物の縦方向の伸長だけでなく、横方向の肥大や植物のねじれなどに関する情報をも得ることが可能となる。
【００７７】
（３）上記した実施の形態においては、観察対象物としてイネやシロイヌナズナなどの植物を例としたが、これに限られるものではないことは勿論であり、トウモロコシやタバコなどの種々の植物にも本発明は利用可能なものである。その際、ドットを形成するマーキングを、上記した実施の形態のように横向きにした植物（図１参照）に対して行うのには限られず、縦向きの植物に横からマーク可能なように構成を変更してもよいし、マークを施す際のヘッドと植物表面との間の距離も任意に調整可能なものである。
【００７８】
また、観察対象物の表面の状態などに応じては、ドットを形成する前にドットが形成し易くなるような下地となる材料を観察対象物の表面に塗布する構成や、あるいは、ドットを形成した後に形成されたドットを保護するためのコート剤を塗布する構成を、塗布装置１６に付加するようにしてもよい。
【００７９】
（４）上記した実施の形態において、観察対象物となる植物を予め専用の植物栽培容器（図１０参照）で栽培して、その容器ごと卓上装置１８にセッティング可能なようにしたり、観察対象物を自動的に搬送する装置を配設したりすることにより、大量のサンプルに効率よくドットを形成してマークし、大量の個体の観察をより一層容易にすることができるようになる。
【００８０】
また、本発明による観察システム１０のドット形成部１２を小型化して野外で生育している植物にドットを形成可能なようにしたり、あるいは、観察部１４を屋外に設置可能なように構成して、設置場所の環境測定の指標として本発明による観察システムを用いるようにしてもよい。
【００８１】
（５）上記した実施の形態においては、観察システム１０のドット形成部１２において、インクジェット方式でインクを吐出するマーキングヘッド２４を用いてドットを形成するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、観察対象物の表面の状態などに応じて、インクの種類を変更したり、あるいは、インクとは異なる液体を吐出可能なヘッドや、観察対象物の表面に接触せずにドット形成が可能な構成を用いるようにしてもよい。
【００８２】
（６）上記した実施の形態においては、観察システム１０のドット形成部１２と観察部１４とがそれぞれ制御されるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、ドット形成部１２と観察部１４とが単一の制御系によって制御されるように構成してもよいし、あるいは、ドット形成部１２ならびに観察部１４の制御系を関連させてフィードバック制御が可能なように構成してもよい。また、ドット形成部１２や観察部１４を構成する具体的な構成も上記した実施の形態に限られるものではないので、そうした具体的な構成の変更に伴って制御系も適宜変更するとよい。
【００８３】
（７）上記した実施の形態においては、観察対象物１００として植物を用いるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、例えば、動物を観察対象物としてもよく、マウスなどの動物個体にドットを形成し、そのドットを観察することで動物の運動部位の同定と運動の分単位でのモニターとを同時に行ったり、あるいは、動物個体の発生過程の観察などに用いるようにしてもよい。
【００８４】
（８）上記した実施の形態においては、本発明による観察システム１０は、植物の生育を計測するための幾つかの指標、例えば、伸長量、葉の面積、葉の数、生重量、乾燥重量などのうち、非破壊で測定が可能な伸長量を一定時間継続して測定するのに好適なものである。従って、本発明による観察システム１０に、例えば、産業廃棄物を供給する手段などを付加して実験系を構築することもでき、植物の生育そのものをモニターして植物の環境反応の指標とすることができる。
【００８５】
近年の環境悪化は例えば酸性雨、土壌汚染や地球温暖化などヒトや動物のみならず植物にとってもストレスとなる要素を多く含んでいる。これらのストレスを含む環境因子に対して植物がどのように応答し、適応するのかを正確にとらえ、植物の環境変化への適応を手助けして行くことは今後の生活環境の保全や食料問題への取り組みにおいて極めて重要な研究課題であって、本発明は、植物の環境応答解析の応用的な側面を考えた場合、直接的に植物利用の現場に結びつく有用なものである。
【００８６】
（９）上記した実施の形態ならびに上記（１）乃至（８）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、植物生長調整剤のスクリーニングや、育種した新品種の生長特性検定、植物の環境応答の解析などにおいて利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】図１は、本発明による観察システムの実施の形態の一例を概念的に表す説明図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明による観察システムによりマーキングされたイネの第２葉の葉鞘の画像であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）中の破線で囲まれた領域を拡大して示した画像である。
【図３】図３（ａ）は、本発明による観察システムによりマーキングされたシロイヌナズナの画像であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）中の破線で囲まれた領域を拡大して示した画像である。
【図４】図４は、本発明による観察システムによりマーキングされたイネ（サンプル１、サンプル２、サンプル３）をＣＣＤカメラによって観察する状態を示した説明図である。
【図５】図５（ａ）は、本発明による観察システムのマーキングが観察対象物たる植物の生育に与える影響を調査した実験結果を示すグラフであり、図５（ｂ）は、実験に用いられたサンプル（イネ）を示す画像である。
【図６】図６（ａ）は、本発明による観察システムによりマーキングし伸長モニタリングの計測前のイネの表面の形成されたドットの状態を示す画像であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すイネ実生の伸長モニタリングした結果を示すグラフである。
【図７】図７（ａ）は、本発明による観察システムによりマーキングし伸長と温度の関係を解析したイネの表面の形成されたドットの状態を示す画像であり、図７（ｂ）は、本発明により図７（ａ）に示すイネを用いて伸長と温度の関係を解析した結果を示すグラフである。
【図８】図８は、本発明による観察システムによりジベレリン（ＧＡ）処理がイネ実生の伸長に与える影響を解析した結果を示すグラフである。
【図９】図９は、本発明による観察システムによりマーキングされたシロイヌナズナのドットの変化を示す画像である。
【図１０】図１０は、本発明による観察システムに用いられる専用の容器を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８９】
１０    観察システム
１２    ドット形成部
１４    観察部
１６    塗布装置
１８    卓上装置
２０    制御装置
５０    カメラ
５２    解析装置
１００    観察対象物
【図１】
2006047158.tif 000003
【図８】
2006047158.tif 000004
【図１０】
2006047158.tif 000005
【図２】
2006047158.tif 000006
【図３】
2006047158.tif 000007
【図４】
2006047158.tif 000008
【図５】
2006047158.tif 000009
【図６】
2006047158.tif 000010
【図７】
2006047158.tif 000011
【図９】
2006047158.tif 000012